一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置的制作方法

本实用新型涉及直流断路器技术领域，具体涉及一种快速开关分合闸保持装置。

背景技术：

目前，随着直流配电系统的不断开发，直流断路器已经被广泛运用，特别是某些特定场合，如大型船舶供电系统、城市轨道交通供电系统等。快速开关作为直流断路器中的核心，必须综合额定电流通流、短路电流耐受和短路电流开断能力，当系统发生短路故障时，能够及时快速动作，具有较高的初始速度以便快速形成足够的开距。传统的机械开关虽然带负载能力强，导通稳定的优点，但是响应速度慢，一般在5～20ms左右，不能满足一些需要快速动作要求；电力电子开关响应速度较快，但其通态损耗过大，耐压能力低。基于电磁斥力机构的快速开关具有较快的分闸速度，能够在5ms内完成开断过程，但是现阶段基于电磁斥力机构的快速机械开关多处于理论研究和原理样机阶段，尚无可靠的工程应用案例，且机构复杂，体积较大，安装麻烦，稳定性不好，成本昂贵。

快速机械开关分合闸速度主要取决于动触头机构质量大小，其分、合闸保持力决定机械开关的静态绝缘性能及通流性能，因此需要一种合闸状态和分闸状态均稳定的双稳态保持装置，即能提供可靠稳定的分、合闸保持力，同时能够减小动触头机构质量，提高分合闸速度，从而保证机械开关整体性能。

现阶段部分设计方案采用采用电磁铁或单线圈永磁机构作为合闸保持机构，电磁斥力机构能在几十到数百微秒的时间内快速达到推力峰值，远快于电磁铁或永磁机构的动作时间，导致电磁斥力机构分闸时，电磁铁或永磁机构仍提供合闸保持力，因而会降低快速机械开关的分闸速度，增加分闸时间，同时会造成电磁斥力机构与合闸保持机构的刚性碰撞，造成弹跳现象，而且需要两套驱动回路，机构和驱动回路体积较大，成本高，安装不方便。

也有基于双电磁斥力机构的快速机械开关实现分合闸，但是其冲击动能大，对开关各零部件的要求高，稳定性不好，极易造成弹跳和回弹导致分合失败的现象，不利于断路器的发展。

授权公告号为cn205723330u公开的一种基于永磁保持机构的快速开关包括依次连接的上导杆、真空灭弧室、中导杆、绝缘子、下导杆和保持用动铁芯，在所述下导杆上套装有斥力盘，在该斥力盘上方安装有分闸线圈而在其下方安装有合闸线圈；在所述保持用动铁芯上方安装有上保持用静铁芯，在该上保持用静铁芯中间安装有合闸保持永磁铁，而在该保持用动铁芯下方安装有下保持用静铁芯，在该下保持用静铁芯中间安装有分闸保持永磁铁。本实用新型集成了电动斥力分合闸机构和永磁保持机构，可以有效提高开关分闸速度，并为机械开关提供稳定的分、合闸状态保持力，但该专利需要两套驱动回路，机构和驱动回路体积较大，成本高，安装不方便。

授权公告号为cn206976191u的中国专利公开的一种快速机械开关的活塞机构，其创新点在于：包括分闸线圈、拉杆、活塞缸、合闸线圈、斥力盘、滑块和弹簧，所述滑块和弹簧均设在活塞杆内，所述弹簧的一端与活塞缸相抵，另一端与滑块的一端相抵，所述斥力盘设在活塞缸的内腔中，且斥力盘与滑块的另一端铰接连接，所述拉杆与斥力盘固定连接，所述分闸线圈和合闸线圈分别设在斥力盘的上下两侧，且分闸线圈与斥力盘之间设有间隙。本实用新型结构相对简单，通过压簧为机械开关提供分、合闸状态保持力，但是机构安装复杂，结构封闭，维修性和测试性差，同时由于快速开关分合冲击力大，机构易产生分合弹跳，该专利并不能为机械开关提供稳定的分、合闸状态保持力。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可靠性高、结构简单、安装方便、能为机械开关提供稳定的分、合闸状态保持力的分合闸保持装置，可以提高快速开关的开断速度，减少驱动回路数量，减小机构体积，降低合闸速度，增加快速开关寿命。

一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置，包括可上下位移的驱动机构，所述驱动机构上设置有支撑座，所述支撑座上设置有支撑拐臂，所述支撑拐臂可围绕支撑座旋转，所述支撑拐臂上设置有支撑螺杆，所述支撑螺杆两端分别设有伸出端；固定侧板与开关机构固定连接，所述固定侧板设置有可让支撑螺杆移动的的腰孔，所述固定侧板上还设置有弹簧拉板，所述弹簧拉板上设置有拉簧和圆孔；所述支撑螺杆的伸出端穿过弹簧拉板上的圆孔和所述固定侧板上的腰孔；所述支撑拐臂、支撑螺杆分别设置有两组。

优选的，所述弹簧拉板和拉簧设置有两组。

优选的，所述支撑螺杆的伸出端的端部设置有锁紧螺母。

优选的，所述可上下位移的驱动机构包括斥力盘、拉杆和支撑螺帽，所述斥力盘与拉杆螺纹连接，所述拉杆还与支撑螺帽连接，所述支撑座设置在拉杆上。

优选的，所述支撑座通过固定销与支撑拐臂连接，使得所述支撑拐臂可围绕支撑座旋转。

优选的，还设置有合闸缓冲装置，所述合闸缓冲装置包括缓冲器固定座和设置在缓冲器固定座上的合闸缓冲器。

优选的，所述合闸缓冲器通过缓冲器固定螺母与缓冲器固定座螺纹连接。

优选的，所述合闸缓冲装置设置有两组。

有益效果为：

(1)本实用新型结构简单、安装方便、能为机械开关提供稳定的分、合闸状态保持力的分合闸保持装置，本实用新型采用双稳态拉簧保持装置，相比于永磁机构保持装置，其结构简单，能够有效减少驱动回路数量，降低体积，节约成本，实现断路器的小型化和集约化；

(2)本实用新型采用拉簧的方案，相比于压簧封闭式结构，能够减小动触头机构质量，提高分合闸速度，安装更加方便，便于产品的测试和维修；同时本实用新型在保持装置上集成了合闸缓冲，不仅结构简洁、节省安装空间，而且能够减少合闸冲击动能，保护开关各零部件性能，提高整体稳定性，降低合闸弹跳，大幅提高快速开关的可靠性和工作寿命。

附图说明

图1为一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置分解结构示意图；

图2为一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置组合结构正视图；

图3为一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置位置1结构示意图；

图4为一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置位置2结构示意图；

图5为一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置位置3结构示意图。

图中标号所代表的含义为：1、斥力盘；2、拉杆；3、固定侧板；4、拉簧；5、缓冲器固定座；6、合闸缓冲器；7、缓冲器固定螺母；8、弹簧拉；9、固定销；10、支撑座；11、支撑拐臂；12、支撑螺杆；13、锁紧螺母；14、支撑螺帽。

具体实施方式

下面结合附图1详细说明本装置。

图1是一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置分解结构示意图，即爆炸图，故附图1中部件间的位置关系不代表实际本装置的部件间的位置关系，实际组装图如图2所示。

斥力盘1为空心圆盘状，其内空心处设置有内螺纹，拉杆2设置有外螺纹，所述斥力盘1与拉杆2螺纹连接，使用螺纹胶拧紧；固定侧板3呈“l”型，其一边通过4个螺钉固定在快速开关机构上(图中未示出)，另一边设置有左右对称的腰型孔；拉杆2上还设置有支撑座10，所述支撑座10与拉杆2螺纹连接，所述拉杆2的一端设置有支撑螺帽14，用以固定拉杆2；支撑拐臂11通过固定销9安装在支撑座10的两侧，所述支撑拐臂11可围绕固定销9旋转，所述支撑拐臂11上设置有一通孔，支撑螺杆12穿过支撑拐臂11上的通孔，支撑螺杆12的两端分别设置有伸出端。

弹簧拉板8设置在支撑螺杆12一侧的台阶面上，弹簧拉板8的两侧分别设置有圆孔，拉簧4设置在弹簧拉板8上，通过挡圈固定；支撑螺杆12的伸出端穿过弹簧拉板8两侧的圆孔，并穿过固定侧板3上的腰型孔，所述支撑螺杆12伸出端用锁紧螺母13锁紧，锁紧螺母13距固定侧板3上的腰孔面0.5-2mm，使得支撑螺杆12可以在固定侧板3的腰孔上相对滑动。

合闸缓冲器6通过缓冲器固定螺母7安装在缓冲器固定座5上，缓冲器固定座5通过螺钉安装在固定侧板3上。由于开关分合闸时速度极快，合闸缓冲器6的设置使得开关在合闸时为支撑拐臂11提供缓冲作用。

所述支撑拐臂11、支撑螺杆12、拉簧4、弹簧拉板8、固定侧板3、合闸缓冲器6和缓冲器固定螺母7设置有两组，对称分布。所述锁紧螺母13设置有4组，用于紧固两个支撑螺杆12的伸出端。

随着开关机构的分合，斥力盘1内设置的磁力线圈，使得斥力盘1上下运动，带动着拉杆2与支撑座10上下运动，使得支撑螺杆12伸出端的锁紧螺母13在固定侧板3的腰型孔内滑动，从而使得拉簧4收缩或拉开，为机械开关提供稳定的分、合闸状态保持力。

图3所示的位置1表示合闸状态示意图；图4所示的位置2表示平衡状态示意图；图5所示的位置3表示分闸状态示意图。

分闸操作：

一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置初始位置处于合闸状态，如图3所示的位置一，此时斥力盘1处于合闸位置，拉簧4处于收缩位置，支撑拐臂11斜向上方，形成稳定的合闸保持力，合闸缓冲器6被压缩；机构进行分闸操作，斥力盘1由于磁场变化向下运动，带动着与斥力盘1相连的拉杆2和支撑座10向下运动，支撑拐臂11围绕固定销9做半圆幅运动，角度逐渐减小，带动支撑螺杆12在固定侧板3的腰型孔上向两侧滑动，拉簧4被逐渐拉开，保持装置处于中间平衡位置，如图4所示，即位置二，此时拉簧4处于最大拉伸位置，支撑拐臂11与固定座10大致处于同一水平线上，形成最大弹簧拉力，此时支撑拐臂11远离合闸缓冲器6，合闸缓冲器6处于不工作状态；斥力盘1经过平衡点之后继续向下运动，支撑拐臂11继续围绕固定销9做半圆幅运动，由支撑拐臂11与支撑座10形成的角度向下逐渐增大，带动支撑螺杆12在固定侧板3的腰型孔上向内滑动，拉簧4收缩，快速开关完成正常分闸，处于分闸状态，如图5所示，即位置三，此时斥力盘1处于分闸位置，拉簧4处于收缩状态，支撑拐臂11斜向下，形成稳定的分闸保持力，合闸缓冲器6处于不工作状态。

合闸操作：

一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置初始位置处于分闸状态，如图5所示，此时斥力盘1处于分闸位置，拉簧4处于收缩位置，即位置三，支撑拐臂11斜向下，形成稳定的分闸保持力，合闸缓冲器6处于不工作状态；机构进行合闸操作，斥力盘1由于磁场变化向上运动，带动着拉杆2和支撑座10向上运动，支撑拐臂11围绕固定销9做半圆幅运动，由支撑拐臂11与支撑座10形成的角度逐渐减小，带动支撑螺杆12在固定侧板3的腰型孔上向两侧滑动，拉簧4被逐渐拉开，保持装置处于中间平衡位置，如图4所示，即位置二，拉簧4处于最大拉伸位置，支撑拐臂11与支撑座10大致处于同一水平线上，形成最大弹簧拉力，合闸缓冲器6处于不工作状态；斥力盘过平衡点之后继续向上运动，支撑拐臂11继续围绕固定销9做半圆幅运动，角度向上逐渐增大，带动支撑螺杆12在固定侧板3的腰型孔上向内滑动，拉簧4收缩，快速开关完成正常合闸，处于合闸状态，如图3所示，即位置一，斥力盘1处于合闸位置，拉簧4处于收缩位置，支撑拐臂11斜向上，形成稳定的合闸保持力。

由于快速开关分合闸速度极快，使用本实用新型一种开关分合闸操作机构的双稳态保持装置时，合闸操作使得支撑拐臂11快速向下运动，可能导致误触其他部件，故设置有合闸缓冲器6，合闸操作时合闸缓冲器6被压缩，进行合闸缓冲，防止误触。